届高考化学总复习专题突破晶体结构与性质晶胞的相关计算Word文档下载推荐.docx
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一般来说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越强,其晶体的熔、沸点就越高,如熔点:
MgO>
CsC。
l
(4)分子晶体
①组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高。
如SnH4>
GeH4>
SiH4>
CH4。
②具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。
如H2O>
H2S。
③组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近),分子极性越大,其熔、沸点越高。
如CO>
N2,CH3OH>
C3HCH3。
④同分异构体分子中,支链越少,其熔沸点就越高,如正戊烷>
异戊烷>
新戊烷。
(5)金属晶体
金属阳离子半径越小,离子所带电荷数越多,金属键越强,金属熔沸点就越高。
如熔沸点:
Al>
Mg>
Na。
题型突破】
题型1微粒作用与晶体结构
例1.
(1)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主
要原因是。
_
2)K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等
都比金属Cr低,原因是。
(3)
GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·
cm-3,其晶胞结构如图所示。
该晶体的
(4)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是。
【解析】
(1)S8与SO2均为分子晶体,而S8相对分子质量大,因此分子间范德华力强,所以其熔沸点比SO2高。
(2)K和Cr都属于金属晶体,Cr的价电子数多,半径小,金属键强,所以K的熔点、沸点等都比金属Cr低。
(3)因为GaAs的熔点为1238℃,熔点很高,晶体结构为立体网状结构,所以GaAs
为原子晶体,其中Ga与As以共价键键合。
(4)GaF3为离子晶体,靠比较强的离子键结合,GaCl3为分子晶体,靠很弱的范德华力结合,所以GaF3的熔点高。
答案:
(1)S8相对分子质量大,分子间范德华力强
(2)K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(3)原子晶体共价
(4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体
例2.
(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253K,沸点为376K,
其固体属于晶体。
(2)c(氧)和e(铜)形成的一种离子化合物的晶体结构如图1,则e离子的电荷为
H、N、O、S、Cu元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。
化合物中,阴离子为,阳离子中存在的化学键类型有
;
该化合物加热时首先失去的组分,判断理由是。
【解析】
(1)该化合物熔点为253K,沸点为376K,熔沸点较低,所以为分子晶体。
1
(2)晶胞中氧原子有1+8×
8=2;
铜原子的个数为4,因此该晶体为氧化亚铜,其
中铜原子为+1价;
这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构,则阴离子为硫酸根,根据阳离子的结构图可以知道该阳离子中含有一个铜离子,四个氨分子,两个水分子,因此该物质的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4,阳离子中存在配位键和共价键,该化合物加热时首先失去水,原因是铜离子与水所形成的配位键要比与氨气所形成的配位键弱。
(1)分子
(2)+1SO42-共价键和配位键
H2OH2O与Cu2+的配位键比NH3与Cu2+的弱
题型2晶体结构的有关计算
例1.
(1)FeS2晶体的晶胞如图所示。
晶胞边长为anm,FeS2的相对
式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为g·
cm-3;
晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为
nm。
(2)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边
长为a=0.446nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。
K
与O间的最短距离为nm,与K紧邻的O个数为。
在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于
位置,O处于位置
(3)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示
个C
①在石墨烯晶体中,每个C原子连接个六元环,每个六元环占有
原子。
②在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接
个六元环,六元环中最多有个C原子在同一平面。
(3)根据均摊法来计算。
①石墨烯晶体中,每个碳原子被3个六元环共有,每个六
元环占有的碳原子数是6×
3=2;
②每个碳原子与周围的4个碳原子形成4个共价键,最小的环为六元环,每个共价键被3个六元环共用,所以一个碳原子可连接12个六元环;
六元环呈船式或椅式结构,所以六元环中最多有4个碳原子共面。
例2.
(1)硅的某种单质的晶胞如图所示。
若该硅晶体的密度为ρg·
cm-3,阿伏加德罗常数值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为cm(用代
数式表示即可)。
(2)科学家发现硼化镁在
39K时呈超导性,在硼化镁晶体的理想模型中,镁原子
和硼原子是分层排布的,一层镁一层硼相间排列。
如图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿Z轴方向的投影,白球是镁原子投影,黑球是硼原子投影,图中的硼
原子和镁原子投影在同一平面上。
根据图示确定硼化镁的化学式为
(3)钛晶体的晶胞如图所示,其配位数为。
假设该晶胞中的钛原子的直
径为apm,NA为阿伏加德罗常数,请列式表示该晶体的密度为g·
cm-3。
Ar(Ti)=48
(2)
为3
1个镁原子为
6个硼原子共用,故属于一个硼原子的镁原子为6,由此可
知镁、硼原子个数比=1∶2,硼化镁的化学式为MgB2。
(3)由钛晶体的晶胞结构可知,为六方最密堆积,钛原子配位数为12,晶胞体内钛
原子的直径为apm,则正四面体的棱长为apm,正四面体如
根据投影可知,1个硼原子为3个镁原子共用,故属于一个镁原子的硼原子
原子与如图虚线连接的钛原子形成正四面体结构
假设该晶胞中的钛
核心透析】核心二晶胞的相关计算
【方法小结】晶胞计算的思维方法
(1)
“均摊法”原理
特别提醒:
①在使用“均摊法”计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有
②在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可以用“均摊法”
(2)晶胞中各线段之间的关系
(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系
【题型突破】
例1.GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·
cm-3,其晶胞结构如图所示。
Ga和As的摩尔质量分别为MGag·
mol-1和MAsg·
mol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为。
【解析】根据晶胞结构可知晶胞中Ga和As的个数均是4个,所以晶胞的体积是
4
MGaMAs
NAcm3。
二者的原子半径分别为rGapm和rAspm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为
例2.氧和钠能够形成化合物F,其晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566nm,F的化学式为;
晶胞中氧原子的配位数为
列式计算晶体F的密度g·
cm-3。
11解析】根据晶胞结构可知氧原子的个数=8×
8+6×
2=4,Na全部在晶胞中,共
计是8个,则F的化学式为Na2O。
以顶点氧原子为中心,与氧原子距离最近的钠原子的个数是8个,即晶胞中氧原子的配位数为8。
晶体F的密度
例3.在硅酸盐中,SiO44-四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。
图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其
中硅原子的杂化形式为,Si与O的原子数之比为
化学式为。
解析】题干图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中每个硅原子和4个
氧原子形成四面体结构,所以硅原子的杂化形式为sp3,Si与O的原子数之比为1∶3,化学式为(SiO32-)n2n-(或SiO32-)。
sp31∶3(SiO32-)n2n-(或SiO32-)
专题提升】
1.
(1)钴的一种化合物晶胞结构如图所示。
11
g·
cm-3(列
参数为
2已知晶胞参数为a=0.5485nm,则该晶体的密度为
出计算表达式即可)。
(2)一种由铁、碳形成的间隙化合物的晶体结构如图1所示,其中碳原子位于铁原子形成的八面体的中心,每个铁原子又为两个八面体共用,则该化合物的化学
式为。
(3)TiO2通过复分解反应溶于浓硫酸并生成一种离子晶体,已知其中阳离子是以
链状聚合物形式存在的钛酰阳离子,其结构如图2所示,其化学式为
。
图3是钛晶体在空间的一种堆积方式,此堆积方式叫
钛原子的配位数为。
已知:
a=0.295nm,c=0.469nm,则该钛晶体的密度为g·
cm-3(NA表示阿伏
加德罗常数的值,列出计算式即可)。
2.黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。
回答下列问题:
基态Cu原子的价电子排布式为
(2)从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是:
I1(Fe)
(填“>
”“<
”或“=”)I1(Cu)。
(3)血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。
吡咯和血红素的结构如图:
1已知吡咯中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中N原子的杂化类型为
21mol吡咯分子中所含的σ键总数为个。
分子中的大π键可用表示,
其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡咯环中的大π键应表示为__。
3C、N、O三种元素的简单氢化物中,沸点由低到高的顺序为
(填化学式)。
4血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的,则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过键相结合。
(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可经过SO2→SO3→H2SO4途径形成酸雨。
SO3的空间构型为。
H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是
(5)用石墨作电极处理黄铜矿可制得硫酸铜溶液和单质硫。
石墨的晶体结构如图
所示,虚线勾勒出的是其晶胞。
则石墨晶胞中含碳原子数为个。
已知石墨
的密度为ρg·
cm-3,C—C键的键长为rcm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨
晶体的层间距d=cm。
【解析】
(1)基态Cu原子的价电子排布式为3d104s1。
(2)基态Fe和Cu原子的价电子排布式分别为3d64s2和3d104s1,前者最外层全满,更稳定,所以第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是:
I1(Fe)>
I1(Cu)。
(3)①吡咯中的各个原子均在同一平面内,结合结构式可知,吡咯分子中N的杂化类型为sp2杂化。
②1mol吡咯分子中所含的σ键总数为10NA。
吡咯分子有5个原子构成环,可知吡咯环中的大π键可表示为。
③C、N、O三种元素的简单氢
化物中,沸点由低到高的顺序为CH4<
NH3<
H2O。
④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的,则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过配位键相结合。
(4)根据价层电子对互斥理论模型可知,SO3的空间构型为平面三角形,H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是SO2(OH)2(或H2SO4)中S的化合价为+6,S的正电性强于SO(OH2)(或H2SO3)中的S,使羟基中O—H间的共用电子对更易偏向O,羟基更容易电离出H+,故酸性H2SO4强于H2SO3。
(5)根据晶胞结构可知,石墨晶胞中含碳原子数为4个,由晶胞结构可求出石墨晶体的层间距d=或。
(1)3d104s1
(2)>
2
(3)①sp2②10NA
3CH4<
H2O④配位键
(4)平面三角形H2SO4和H2SO3可分别写作SO2(OH)2和SO(OH2),SO2(OH)2中S的化合价为+6价,S的正电性强于SO(OH2)中的S,使羟基中O—H间的共用电子对更易偏向O,羟基更容易电离出H+,故酸性H2SO4强于H2SO3
(5)4或
3.(17分)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D、E中,A的基态原子核外3个能级上有电子,且每个能级上的电子数相等,B原子核外电子有7种不同的运动状态,C元素原子核外的M层中只有2对成对电子,D+与C2-的电子数相等,E元素位于元素周期表的ds区,且基态原子价电层电子均已成对。
(1)E2+的价电子排布图为。
(2)五种元素中第一电离能最小的是(填元素符号),CAB-中,A
原子的杂化方式是。
(3)AB-、D+和E2+三种离子组成的化学物质D2E(AB)4,其中化学键的类型有
该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为,配位体是。
(4)C和E两种元素组成的一种化合物的晶胞如图所示
(4)
①ZnS4六方最密
4.(17分)铀是原子反应堆的原料,常见铀的化合物有UF4、UO2及(NH4)4[UO2(CO3)3]
等。
(1)UF4用Mg或Ca还原可得金属铀。
与钙同周期基态原子的未成对电子数为2
的元素共有
种;
原子序数为镁元素的二倍的元素的基态原子价电子排布
图为
(2)已知:
3(NH4)4[UO2(CO3)3]3UO2+10NH3↑+9CO2↑+N2↑+9H2O↑
①写出与N互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式
数比为
化学式)
(8个碳原子位于立方体的
(3)碳元素与氮元素形成的某种晶体的晶胞如图所示顶点,4个碳原子位于立方体的面心,4个氮原子在立方体内),该晶体硬度超过金
刚石,成为首屈一指的超硬新材料。
②已知该晶胞的密度为dg·
cm-3,氮原子的半径为r1cm,碳原子的半径为r2cm,
设NA为阿伏加德罗常数,则该晶胞的空间利用率为(用含d、r1、
r2、NA的代数式表示,不必化简)。
【解析】
(1)第4周期中未成对电子数为2的元素有22Ti、28Ni、32Ge、34Se共四
原子序数为镁元素的二倍的元素是24号元素Cr,其基态价电子排布图为
(2)①已知N是含有5个原子8个价电子的微粒,与其互为等电子体的分子有
CH4、SiH4、GeH4等,互为等电子体的离子有B、Al;
②已知C中碳
杂化的有3个,是sp杂化的有1个,所以杂化类型相同和不同的碳原子个数之比为6∶4,即3∶2;
③分解所得的气态化合物有NH3,是sp3杂化的三角锥形,有1个
孤对电子,CO2是sp杂化的直线型,没有孤对电子,H2O是sp3杂化的V形结构,有2
个孤对电子,根据杂化类型,结合价层电子对互斥原理可知,它们的键角由小到大的顺序为H2O<
CO2。
(3)①该晶胞中与碳原子最近的原子为氮原子,与碳原子最近且等距的氮原子位
于小立方体的中心,且只有4个,1个碳原子只能与4个氮原子形成4个共价单键,所以碳原子的配位数为4;
该晶体硬度超过金刚石的原因是二者都是原子晶
体,但该晶体中的C—N键的键长比金刚石中的C—C键的键长短,键能大,所以硬
度比金刚石的大;
②由晶胞结构可知,该晶胞中含有的碳原子=×
8+×
4=3,含有的氮原子为4,所以其化学式为C3N4,则该分子的体积为(π×
4+π×
3)cm3,由晶胞的密度和化学式可得该晶胞的体积为cm3,所以该晶胞的空间
利用率为
×
100%。
答案:
(1)4
(2)①CH4、
SiH4、GeH4
B
、Al
②3∶2
③H2O<
CO2
(3)①4该晶体和金刚石均为原子晶体,该晶体中的C—N键的键长比金刚石中
的C—C键的键长短,键能大,故硬度较金刚石大
②
(填“简单立方”“体心立方”“六方最密”或“面心
立方最密”)堆积;
②列式表示该晶体的密度:
g·
cm-3。
(只列表达式)
(1)因E在ds区且基态原子均成对,可知E为Zn,失去4s能级上的两个电子的Zn2+。
(2)由题意可知,A为碳,B为氮,C为硫、D为钾,其中第一电离能最小的是K;
SCN-中碳原子形成两个σ键和两个π键,为sp杂化。
(3)K2Zn(CN)4中含有离子键和共价键,而Zn2+有空轨道,与CN-形成配位键。
(4)①根据均摊原理知其化学式为ZnS,由图中虚线连接可知Zn的配位数为4,S
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- 高考 化学 复习 专题 突破 晶体结构 性质 晶胞 相关 计算